本发明总体上涉及一种自行车轮辋。更特别而言，本发明涉及一种增强型自行车轮辋，其包含具有绕着辐条附连开口设置的增强树脂材料的环形金属轮辋构件。

骑自行车正在成为日益流行的一种娱乐形式及运输方式。而且，骑自行车已经成为一种在业余爱好者和职业运动员中都非常流行的竞技体育运动。不管自行车用于娱乐、运输或竞技，自行车工业都在不断改进自行车的各种组件。一种被大量重新设计的组件就是自行车车轮。自行车车轮通常在设计中被重新设计成坚固、重量轻且更具空气动力性，以及使制造与装配简单。
目前，从市场上可买到各种类型的自行车车轮。多数自行车车轮具有轮毂、多根辐条以及环形轮辋。轮毂附连于自行车车架的一部分上以便于相对旋转。所述辐条的内端联接于轮毂上并且从该轮毂向外延伸。环形轮辋联接至所述辐条的外端并且具有用于支承其上的充气轮胎的外部部分。通常，自行车车轮的辐条为细金属丝辐条。轮毂的端部通常带有用于将这些辐条联接至该轮毂的凸缘。尤其是，所述轮毂凸缘中设有孔。这些金属丝辐条通常在其内端弯曲，并且带有形成为钉头形状的凸缘。内端支承于轮毂凸缘之一中的孔之一中。通常，这些辐条的外端设有螺纹以便与辐条螺纹接头接合，所述辐条螺纹接头将金属丝辐条的外端固定于轮辋中的孔中。
近年来，自行车车轮已经设计成在轮辋与轮毂之间使用较高张力的辐条以便提供更具刚性的车轮。当所述辐条中的张力变得极高时，就需要非常坚固的轮辋。如果轮辋的整个圆周被制得较厚或使用钢轮辋，那么轮辋就会变得相当重。因此，已经多次尝试生产重量轻且能够适应高张力辐条的轮辋。可适应高张力辐条的自行车轮辋的一个实例公开于转让给Shimano公司的美国专利No.6,283,557中。该专利的自行车轮辋使用通过使用专用垫圈而附连于轮辋侧面上的辐条。尽管该轮辋工作情况很好，但是其需要附连于辐条的端部上的专用垫圈，其中辐条具有弯曲的端部。已经研制出多种使用直辐条的自行车车轮。这些直辐条非常坚固并且允许较高的张力应用于辐条上。然而，当直辐条中的张力变得很高时，那么又需要轮辋非常坚固。因此，当在高张力下使用直辐条时，就需要较厚的和/或增强的轮辋。某些增强件焊接或钎焊于轮辋上，这样就可能由于焊接或钎焊过程中的热而导致轮辋的物理性能改变。因此，这些较厚的或增强的轮辋通常很重，难以制造并且/或者制造成本昂贵。
鉴于以上内容，通过阅读本公开内容，本发明所属领域的普通技术人员应当清楚，就需要一种改进的增强型轮辋。通过阅读本公开内容，本发明所属领域的普通技术人员应当清楚，本发明能够适应现有技术的这种要求及其它要求。

本发明的目的之一在于提供一种用于自行车车轮的轮辋，其既比较坚固、重量又比较轻。
本发明的另一个目的在于提供一种轮辋，其制造与装配比较简单且成本低廉。
上述目的通过提供一种自行车轮辋就可基本上实现，该自行车轮辋包括：环形金属轮辋构件和至少一种增强树脂材料。环形金属轮辋构件包括：适于使轮胎安装于其上的环形轮胎附连部分；第一环形侧壁部分；第二环形侧壁部分；以及内部环形壁部分，将所述第一、第二环形侧壁部分连接起来，以及多个形成于该内部环形壁部分中的辐条附连开口。至少一种增强树脂材料附连于该环形金属轮辋构件上，以便使得所述增强树脂材料从第一环形侧壁部分跨过内部环形壁部分向第二环形侧壁部分连续延伸，从而覆盖着第一、第二环形侧壁部分的外表面区域与绕着辐条附连开口的该内部环形壁部分的外表面区域。
对于本发明所属领域的普通技术人员来说，通过阅读结合附图公开了本发明的优选实施例的以下详细描述，可以清楚了解本发明的这些及其它目的、特征、方面和优点。

现在请参阅附图，这些附图构成了本原始公开内容的一部分：图1为根据本发明的第一实施例的带有前自行车轮和后自行车轮的自行车的侧视图；
图2为根据本发明的第一实施例的、图1所示的前车轮的局部侧视图；图3为图1和2中所示的前轮的局部后端视图，其中自行车轮毂以正视图示出而轮辋以横向剖面图示出；图4为沿图2的剖面线4-4剖开的、图1-3中所示的前车轮的轮辋的放大剖视图；图5为沿图3的剖面线5-5剖开的、图1-4中所示的前车轮的轮辋的放大剖视图；图6为一组剖视图，示出了制造根据本发明的第一实施例的图1-5中所示的轮辋的优选方法；图7为根据本发明的第二实施例的、图1所示的前车轮的局部侧视图；图8为图7中所示的前轮的局部后端视图，其中自行车轮毂以正视图示出而轮辋以横向剖面图示出；图9为沿图7的剖面线9-9剖开的、图7和8中所示的前车轮的轮辋的放大剖视图；以及图10为沿图8的剖面线10-10剖开的、图7-9中所示的前车轮的轮辋的放大剖视图。

现在将参照附图对本发明的选定实施例进行说明。通过阅读本公开内容，本发明所属领域的普通技术人员将会清楚，对本发明实施例的以下描述仅供示例说明，而非用于对由附属权利要求及其等同内容所限定的本发明进行限制。
首先参看图1，示出了根据本发明的第一实施例的带有前自行车轮12和后自行车轮14的自行车10。自行车轮12和14以常规型方式附连于自行车车架16上。由于自行车10的这些零件在本领域中众所周知，所以除了涉及本发明的零件之外，本文中将不再对自行车10的这些零件进行详细地讨论或示出。换句话说，本文中仅对与自行车轮12和14相关的零件进行详细讨论与示出。而且，本文中或许示出、或许未示出的各种常规自行车零件如制动器、附加链轮、拨链器等也可与本发明结合使用。
通常，本发明以同样方式应用于两个自行车车轮12和14。另外，自行车车轮12和14的某些零件相同或具有相同的功能。因此，对于自行车车轮12和14中相同的零件将会给出相同的附图标记。参看图2至5，前自行车车轮12基本上包括：带有充气轮胎19的环形轮辋18、中心轮毂20以及多根辐条21，其中垫圈22设置于辐条21与环形轮辋18之间。
仍参看图2和3，轮辋18为环形构件，其设计成绕着前自行车车轮12的中心轴线C旋转。换句话说，轮辋18基本上为圆形，如侧视图(图1)中所示。轮辋18基本上包括：环形金属轮辋构件23，其中增强树脂材料24在绕着环形金属轮辋构件23周边的多个单独的离散点处施加于环形金属轮辋构件23上。在所示的实施例中，如图6所示，增强树脂材料24由多个熔化在一起的树脂片25形成。优选地，树脂片25为纤维增强型塑料板，如以下所述。因此，轮辋18为由金属与非金属材料两者制成的复合式轮辋。增强树脂材料24直接结合于环形金属轮辋构件23上。当使用热来施加树脂片25时，热低于一定温度，该温度将会从物理上改变构成环形金属轮辋构件23的金属材料。
环形金属轮辋构件23由大致刚性的材料构造成，例如在本领域内众所周知的那些材料。举例来说，环形金属轮辋构件23可由任何适用的金属材料如被镀覆的钢、不锈钢、铝、镁或钛构造成。环形金属轮辋构件23基本上包括适于使轮胎19安装于其上的环形轮胎附连部分26；第一环形侧壁部分27；第二环形侧壁部分28；以及内部环形壁部分29，其将所述第一、第二环形侧壁部分27和28连接起来，以及多个形成于该内部环形壁部分29中的辐条附连开口30。基本上，除了壁部分27、28和29制作得较薄，将材料除去以便形成用于空气填充阀(未示出)的、位于环形轮胎附连部分26中的孔，并且将材料除去以便形成辐条附连开口30之外，环形金属轮辋构件23具有均一的截面型面。优选地，环形金属轮辋构件23为挤压管，其初始壁厚约为2毫米，其中环形金属轮辋构件23的壁部分27、28和29的厚度变薄以便优选地位于约0.5毫米至约0.8毫米的范围内。由于使用施加于环形金属轮辋构件23上的增强树脂材料24，所以壁部分27、28和29的壁厚可以较薄。如果增强树脂材料24没有施加于环形金属轮辋构件23上，那么在辐条附连开口30处的内部环形壁部分29的壁厚将约为2毫米以便获得相同的强度。
如图2和4所示，环形轮胎附连部分26为环形金属轮辋构件23的外部环形部分，其配置成使轮胎19以常规方式安装于其上。环形轮胎附连部分26基本上包括一对环形侧段26a和环形外部桥接或连接段26b。环形连接段26b在环形侧段26a之间延伸，以便形成大致为U形的轮胎容放凹槽，如图2的剖面图中所示。环形侧段26a为环形板形状的构件，其以常规方式形成一对环形轮胎支承面和一对环形制动面。环形侧段26a的轮胎支承面为彼此朝向中心面P的、相对的环形表面。轮胎支承面具有形成于其自由端处的环形肋以便以常规方式保持轮胎18的胎圈。环形侧段26a的环形制动面背离中心面P朝外以便与常规型轮辋制动器接合。
环形连接段26b为弯曲的管状构件，其包括以常规方式形成于其中的、用于联接空气阀的单独阀孔。因此，优选地，除单独阀孔之外，环形连接段26b无开口，以使轮胎19可成为无内胎轮胎。然而，通过阅读公开内容，本发明所属领域的普通技术人员将会清楚：轮胎19可以是有内胎轮胎，并且阀孔可以以常规方式容放内胎的阀。
壁部分27、28和29的截面大致为U形，其中环形侧壁部分27和28的上端联接于环形轮胎附连部分26的环形连接段26b上以便形成中空的内部。因此，环形金属轮辋构件23为管状构件。从图1中得到最好的理解，辐条附连开口30绕着内部环形壁部分29的圆周的最内部均匀地隔开，以便将辐条21容放于其中。在所示的实施例中，内部环形壁部分29具有二十四个辐条附连开口30，以便附连总共二十四根辐条21。辐条附连开口30的替代方案可优选地相对于轮辋中心面沿相反的轴向略微成角度，以便使得联接于其上的辐条21延伸至轮毂20的相对两端。优选地，辐条21联接于轮毂20与内部环形壁部分29之间，以便使得车轮12为盘形，即，轮辋18朝向一端偏离轮毂20的中心。
增强树脂材料24附连于环形金属轮辋构件23上，以便使得所述增强树脂材料从第一环形侧壁部分27跨过内部环形壁部分29向第二环形侧壁部分28连续延伸，从而覆盖着第一、第二环形侧壁部分27和28的外表面区域与绕着辐条附连开口30的内部环形壁部分29的外表面区域。增强树脂材料24有效地增加了在辐条附连开口30处的内部环形壁部分29的厚度，从而为轮辋18提供刚性增强。
如上所述，增强树脂材料24包括多个单独或离散的段，所述段绕着环形金属轮辋构件23沿圆周方向间隔开，并与辐条附连开口30相对应。优选地，增强树脂材料24的各个段的形状与构造相同。当然，在需要和/或所需的情况下，用于特定应用中的增强树脂材料24的各个段可以略微不同。在所示的实施例中，如图6所示，增强树脂材料24由熔化在一起的多个树脂片25形成，以便形成多个一体的单件式增强件。优选地，树脂片25为纤维增强型塑料板，其包括带有一个或多个碳浸渍层(carbon impregnated layer)的环氧树脂。优选地，增强树脂材料24的各个段大致为细长的卵形构件，其具有位于辐条附连开口30中的相应一个上的中心部分24a和围绕着该中心部分24a的周边部分24b。中心部分24a的总体最大厚度介于约1毫米至约2毫米的范围内，而周边部分24b从中心部分24a逐渐变薄直至其外侧边缘的厚度约为0.5毫米。因此，树脂片25配置成多个粘附在一起的增强层，以使增强树脂材料24的外周边缘比增强树脂材料24的围绕辐条附连开口30的区域更薄。
在本第一实施例中，树脂片25优选地为由浸渍以热固性树脂或热塑性树脂的连续强化纤维构成的薄板，其通常被称作预浸料板(prepregsheet)。树脂片25(预浸料板)在室温下为柔软的材料。然而，当树脂片25(预浸料板)受热时，树脂一度变成低粘度。然而，其后，树脂片25的树脂例如在130℃-150℃下变得非常硬，例如变为固体。在一个优选实施例中，树脂片25(预浸料板)包括浸渍以环氧树脂的碳纤维或玻璃纤维。在其它优选实施例中，树脂片25(预浸料板)实际上可以包括所有的增强纤维，其带有实际上所有的可实现本发明的基质树脂。树脂片25(预浸料板)的厚度与表面光洁度可以改变以便适合车轮的理想要求。在本实施例中，其示出了七个树脂片25，其用来覆盖包括所有增强构件24的内环形壁部分29的整个圆周段。然而，树脂片25的数量取决于多种因素。因此，刚好示出了七个树脂片25以便于示例说明(即板的实际数量可以根据多种因素而多于或少于所示的数量)。
参看图2和3，现在将对轮毂20进行更详细地讨论。轮毂20基本上包括轴31，其中轮毂壳体或主体32按照常规方式通过一对轴承而以可旋转的方式绕着轴31设置。轮毂20还包括多个辐条固定元件33以便固定辐条21。除了轮毂壳体或主体32和辐条固定元件33以外，轮毂20的其它零件相对常规以便用于本发明。因此，本文中将不对轮毂20的这些其它部分进行详细地讨论或示出。
轴31为硬的刚性构件，其具有一对从轮毂壳体32向外延伸的相反的自由端31a和31b。轴31的自由端31a和31b通过速开装置34而以常规方式固定联接于车架16上。轴31具有限定了车轮12的中心轴线的中心轴线C。
在图2中看得最为清楚，轮毂壳体32为硬的刚性管状构件，其可旋转地支承于轴31上。轮毂壳体32包括：第一辐条安装部分32a；第二辐条安装部分32b；以及管状中心部分32c，其设置于安装部分32a和32b之间。因此，辐条安装部分32a以及32b设置于轮毂壳体32的相对两端。辐条安装部分32a和32b配置成将辐条21牢固地固定于其上。如所示，除了辐条安装部分32a沿圆周方向偏离辐条安装部分32b以外，辐条安装部分32a以及32b优选地互为镜像。当然，在需要和/或所需的情况下，辐条安装部分32a和32b不需要互为镜像。任选地，轮毂壳体32还带有制动器安装部分32d以便连接盘式制动器转子(未示出)。任选的盘式制动器转子(未示出)可以通过拧入到轮毂壳体32的端部中的保持或锁紧环而附连于轮毂壳体32上，如Kanehisa的美国专利No.6,371,252(转让给Shimano公司)中所公开。
辐条安装部分32a包括多个(六个)单独辐条固定零件或突起41，其从轮毂壳体32的一端沿径向向外延伸。辐条固定件41绕着辐条安装部分32a的主体沿圆周方向等距隔开。各辐条固定件41配置成使用两个辐条固定元件33而将一对辐条21固定于其上。优选地，各辐条固定件41相同，如所示。当然，在需要和/或所需的情况下，辐条固定件41不需要相同。
同样，安装部分32b包括多个(六个)单独辐条固定零件或突起42，其从轮毂壳体32的一端沿径向向外延伸。辐条固定件42绕着辐条安装部分32b的主体沿圆周方向等距隔开。辐条固定件42优选地偏离辐条固定件41的镜像。换句话说，辐条固定件42沿圆周方向从辐条固定件41偏离一个如15°的锐角，并且朝向与辐条固定件41相反的轴向，如图2和3中所示。
各辐条固定件42配置成使用辐条固定元件33之一而将一对辐条21固定于其上。优选地，各辐条固定件42相同，如所示。当然，在需要和/或所需的情况下，辐条固定件42不需要相同。因此，轮毂壳体32的辐条固定件或突起41和42为独立的径向突起，其绕着轮毂壳体32的相对两端而沿圆周方向隔开。
辐条21为张紧辐条，其使轮毂20和轮辋18互相连接在一起，如下文所述。在所示的实施例中，前自行车车轮12包括二十四根辐条21，所述辐条从轮毂20大致沿切向延伸到轮辋18。另外，在所示的实施例中，辐条21在等距隔开的圆周位置处联接至轮辋18，如图1中所示。当然，通过阅读公开内容，本发明所属领域的普通技术人员将会清楚：在不背离本发明的范围的情况下，前自行车车轮12可以使用改进型轮辋和/或轮毂以便适应不同的辐条设置结构。而且，通过阅读公开内容，本发明所属领域的普通技术人员将会清楚：在需要和/或所需的情况下，前自行车车轮12可以使用改进型轮辋和/或轮毂以便适应更少或更多的辐条21。在任何情况下，在沿圆周方向隔开的设置结构中，辐条21优选地联接至环形轮辋18。
现在参看图2和3，辐条21优选地为彼此相同的直辐条。各辐条21基本上包括带螺纹的内端部21a、直中心或中间部分21b以及外部带头端部分(outer headed end portion)21c。各辐条21的部分21a、21b和21c优选地一体形成为单件的整体式构件。辐条16的带螺纹的内端部21a联接至轮毂20，而辐条21的外端部分21c通过适配器29与增强构件24配合而联接至轮辋18。辐条21优选地为相对常规的线型辐条。因此，除了与本发明的轮毂20相关的内容之外，本文中将不对辐条21进行详细地讨论和/或示出。尽管使用与垫圈22接合的外部带头端部21c，但是本发明所属领域的普通技术人员将会清楚：外部带头端部21c可以是带有附连于其上的辐条螺纹接头的螺纹端部。在这种情况下，辐条附连开口30的直径将会略微变大以便容放辐条螺纹接头。
现在参看图6，现在将对制造轮辋18的优选的方法进行讨论。首先，利用常规型轮辋制造工艺来形成环形金属轮辋构件23。举例来说，环形金属轮辋构件23可以通过挤压一段具有截面形状的铝来构造，其包括环形轮胎附连部分26、环形侧壁部分27和28以及内部环形壁部分29。接着，使环形侧壁部分27和28以及内部环形壁部分29变薄，以便降低环形金属轮辋构件23的总重量。随后，将铝挤制的轮辋构件切成适当的长度并且将其弯成圆形。随后将铝挤制的轮辋构件的端部焊合。
一旦环形金属轮辋构件23形成有图3和5所示的截面形状，就在多个将会形成辐条附连开口30的离散的位置处将增强树脂材料24施加于环形金属轮辋构件23上。在本实施例中，使用七个单独的树脂片25以便在绕着环形金属轮辋构件23的多个离散的位置处形成增强树脂材料24。
通过将热收缩包裹材料50施加于树脂片25之上而实现树脂片25的施加。优选地，热收缩包裹材料50为绕着环形金属轮辋构件23的整个周边螺旋缠绕的带，其中相邻的圈之间略微重叠。随后，将热施加于热收缩包裹材料50上，以便使得热收缩包裹材料50将树脂片25紧紧地压靠着壁部分27、28和29。这样对热收缩包裹材料50施加热还使得构成树脂片25的树脂熔化，从而粘附于壁部分27、28和29上。
现在，将热收缩包裹材料50去除以便露出增强树脂材料24，所述增强树脂材料24已经在绕着环形金属轮辋构件23的多个离散的位置处与环形金属轮辋构件23结合。接着，在各辐条附连开口30处，孔形成于增强树脂材料24中。如所示，使用钻孔机。然而，本领域的技术人员将会清楚其它在增强树脂材料24中形成与各辐条附连开口30相对应的孔的方法。一旦在增强树脂材料24中形成孔之后，轮辋18就准备通过辐条21和辐条固定元件33而以上述方式附连于轮毂20上。
第二实施例现在参看图7-10，示出了根据本发明第二实施例的改进型前轮112的一部分。鉴于第一实施例与第二实施例之间的相似性，所以对于与第一实施例的零件相同的第二实施例的零件，将会给出与第一实施例的零件相同的附图标记。而且，为简洁起见，可以省略对与第一实施例的零件相同的第二实施例的零件的描述。换句话说，除非另作说明，第二实施例的轮辋118的构型与第一实施例的轮辋的构型相同。而且，除非另作说明，第二实施例的轮辋118的制造方法与第一实施例的轮辋的制造方法相同。
基本上，第一、第二实施例之间的唯一区别在于将增强树脂材料124应用于环形金属轮辋构件23上。在本第二实施例中，将增强树脂材料124施加于环形金属轮辋构件23上，以便覆盖壁部分27、28和29的整个圆周段。因此，增强树脂材料124绕着环形金属轮辋构件23的整个圆周区域连续地延伸。增强树脂材料124基本上具有置于内部环形壁部分29上的环形中心部分124a和一对置于环形侧壁部分27、28上的周边部分124b、124c。中心部分124a的总体最大厚度介于约1毫米至约2毫米的范围内，而周边部分124b、124c从中心部分124a逐渐变薄直至其外侧边缘的厚度约为0.5毫米。因此，增强树脂材料124优选地由多个树脂片(其与树脂片25相同但是更长与更宽以便完全覆盖环形金属轮辋构件23的壁部分27、28和29)形成。换句话说，增强树脂材料124配置成多个粘附在一起的增强层，以便形成集成的单件式增强件，其中增强树脂材料124的周边部分124b和124c比增强树脂材料124的围绕辐条附连开口30的环形中心部份124a更薄。
在图9和10中看得最为清楚，在这些树脂片(类似于图6所示的树脂片)熔化在一起之后，增强树脂材料124为连续的环形增强构件，其被结合以便完全覆盖由环形金属轮辋构件23的壁部分27、28和29限定的整个圆周区域。优选地，树脂片为纤维增强型塑料板，其包括带有一个或多个碳浸渍层的环氧树脂(即与第一实施例的树脂片相同)。
在制造改进型前车轮112的过程中，增强树脂材料124按照与以上讨论与图6所示相同的方式而形成并结合于环形金属轮辋构件23上。因此，热收缩包裹材料50绕着多个增强层或树脂片以及环形金属轮辋构件23的整个圆周螺旋地缠绕，其中相邻的圈之间略微重叠。因此，热收缩包裹材料50将会保持增强层或树脂片紧靠环形金属轮辋构件23的壁部分27、28和29。接着，如第一实施例中，对热收缩包裹材料50施加热，以使热收缩包裹材料50将增强层或树脂片紧紧地压靠在环形金属轮辋构件23的壁部分27、28和29上。对热收缩包裹材料50施加热还使得构成增强层或树脂片的树脂熔化，从而粘附于环形金属轮辋构件23的壁部分27、28和29上。
通用术语的说明在理解本发明的范围的过程中，在本文中使用时，术语“包括”及其派生词为开放性术语，其对提出的所述的特征、元件、组件、群、整数和/或步骤进行具体说明，但是并不排除存在其它未述及的特征、元件、组件、群、整数和/或步骤。前述内容还适用于具有类似意义的词，如术语“包含”“具有”及其派生词。另外，当以单数形式使用术语“零件”、“段”、“部分”、“构件”或“元件”时，则可能具有单独零件或多个零件的双重意义。当在本文中用于描述本发明时，下述方向性词“向前、向后、上方、向下、垂直、水平、下方和横向”以及其它类似的方向性词是指相对于配备有本发明的自行车的那些方向而言。相应地，这些术语在用于描述本发明时应当被理解成相对于在正常骑行位置使用的、配备有本发明的自行车而言。最后，本文中所用的程度副词例如“基本上”、“大约”和“近似”等是指变动的项具有合理的偏差量以便保证最终结果不会发生显著改变。例如，如果该偏差不会否定其所改动的词的意思，这些词应当被解释为包括所改动项的至少±5％的偏差。
尽管仅选择了选定的实施例对本发明进行了示例说明，但通过阅读本公开内容，本发明所属领域的普通技术人员应当清楚，在不背离附属权利要求中所限定的本发明的范围的情况下，在此可以做出各种变动和改型。例如，各种部件的尺寸、形状、位置或取向可以根据需要和/或所需而变化。所示为直接连接或互相接触的部件之间可以设置有中间结构。一个元件的构能可以通过两个元件来执行，反之亦然。一个实施例的结构与功能可以在另一个实施例中被采用。并不需要所有的优点都同时存在于特定的实施例中。每个单独或与其它特征相结合的、相对于现有技术特有的特征也应当被理解为申请人对本发明的进一步的具体描述，包括由这些特征所体现的结构和/或功能性概念。因此，以上对根据本发明的实施例的描述仅用于示例说明，而并非用于对如附属权利要求及其等同内容所限定的本发明进行限制。